沟覆盖材料对垄沟集雨种植饲草作物青贮品质和产量的影响

胡广荣，王 琦，宋兴阳，李富春，张登奎，张恩和，刘青林，王鹤龄

(1．甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃农业大学 农学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省气候变化与减灾重点实验室/中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃 兰州 730020)

沟覆盖材料对垄沟集雨种植饲草作物青贮品质和产量的影响

胡广荣1，王 琦1，宋兴阳1，李富春1，张登奎1，张恩和2，刘青林2，王鹤龄3

(1．甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃农业大学 农学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省气候变化与减灾重点实验室/中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃 兰州 730020)

为探究适合于半干旱地区垄沟集雨种植的环保沟覆盖材料，以玉米和高粱为试验材料，研究不同沟覆盖材料(生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜，以无覆盖为对照)对玉米和高粱青贮品质、产量的影响。结果表明：秸秆覆盖处理下玉米和高粱的粗蛋白显著高于其他处理。玉米的中性洗涤纤维在秸秆处理下高于其他处理，并显著高于生物可降解液体地膜和生物可降解地膜处理；高粱的中性洗涤纤维在无覆盖处理下显著高于其他处理。玉米的酸性洗涤纤维在秸秆处理下显著高于其他处理；高粱的在无覆盖处理下高于其他处理，并显著高于生物可降解液体地膜和生物可降解地膜。玉米和高粱的相对饲用价值在生物可降解液体地膜和生物可降解地膜处理下高于其他处理，分别显著高于秸秆和无覆盖处理。玉米和高粱的青贮产量在生物可降解地膜处理下显著高于其他处理。综合分析得出，生物可降解地膜适宜作为半干旱黄土高原区垄沟集雨沟覆盖材料。

垄沟集雨；沟覆盖材料；营养品质；青贮产量

垄沟集雨覆盖是旱区农业重要的栽培技术，可将小于5 mm的无效降水变为有效降水(>5 mm)，促进降水入渗，降低土壤无效蒸发[1]，提高农田土壤含水量和水资源利用效率[2]，同时改善土壤温度[3]，抑制杂草生长[4]，增加土壤养分的有效性[5]，提高作物对养分的吸收利用效率[6-7]和作物的光合效率、产量等。垄沟集雨覆盖栽培技术已在玉米、冬小麦、谷子、燕麦、苜蓿等饲草作物上广泛应用[8-13]。然而，垄沟集雨覆盖栽培的覆盖材料多采用普通地膜，普通地膜的大量残留在造成白色污染的同时，还降低土壤动物和微生物数量，限制土壤水分和养分运移，阻碍作物根系正常生长，导致土壤质量下降和作物减产[14-17]。因此，寻求环保型垄沟集雨覆盖材料对于旱区农业生产力的提高具有重要意义。

近年来，生物可降解地膜、生物可降解液体地膜、光降解地膜、光-生物降解地膜等环保型材料的出现给半干旱区覆盖农业生产力的可持续发展带来了新的机遇[18-20]。研究表明，与平作无覆盖相比，生物可降解液体地膜覆盖的玉米出苗率提高17%，5 cm土壤温度提高4～5℃，产量提高17.4%[21]。与平作无覆盖相比，秸秆覆盖的土壤贮水量提高45.2～69.3 mm，土壤蒸发量减少21.5%～63.2%，作物耗水系数减少15.5%～16.7%，水分利用效率提高4.65 kg/(mm·hm2)[22]。与平作无覆盖相比，沟覆生物可降解地膜的表层土壤温度增加2.1℃，玉米籽粒产量提高34.7%，WUE提高30.2%[23]。

目前，国内外关于垄沟集雨结合生物可降解覆盖材料的研究主要集中在对作物产量、土壤温度和水分等方面，而对于作物营养品质方面的研究报道较少。笔者在垄沟集雨系统耕作模式下，研究不同生物可降解沟覆盖材料对饲草作物青贮品质及产量的影响，旨在探询垄沟集雨种植适宜的沟覆盖材料。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2013年3～11月在中国气象局兰州干旱气象研究所定西干旱气象与生态环境基地(N 35°33′，E 104°35′，海拔1 896 m)进行，该区地处黄土高原西部丘陵区，属半干旱区，雨热同季，属典型温带大陆性季风气候。≥0℃年积温2 933.5℃，≥10℃年积温2 239.1℃，年均日照时数2 433 h，年均气温6.7℃；年均蒸发量1 531 mm，是年均降水量(384 mm)的4倍，降水少且分布不均，无霜期140 d[2]。试验区地势平坦，土壤为重壤土，田间持水量25.6%，凋萎系数6.7%。试验区0～40 cm土层土壤全N、全P、全K和有机质含量为0.90、1.65、23.59和11.76 g/kg，碱解N、速效P和速效K含量为54.3，14.8和245 mg/kg。

1.2 试验设计

供试饲草作物品种为‘沈单16号’玉米(Zeamays)和‘天梁3号’高粱(Sorghumbicolor)。垄沟集雨种植系统中，垄上覆盖生物可降解地膜作为集雨区，沟覆盖不同生物可降解材料(生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜，沟无覆盖作为对照)作为种植区，每处理重复3次。垄坡度约为40°，高度为20 cm，垄沿等高线修筑，垄长10 m(图1)。生物可降解地膜生产于德国BASF化工厂，厚度0.008 mm，宽度1.4 m。秸秆为燕麦秸秆铡成5～10 cm长的碎段，一次性均匀覆盖在沟内，覆盖量为9 000 kg/hm2，然后撒4 000～5 000 kg/hm2碎土覆于秸秆上，以免秸秆被风吹走；生物可降解液体地膜由北京金尚禾生物科技有限公司生产，在喷施之前，将粉状生物可降解液体地膜与水按1∶15混合并搅拌5～10 min，待粉状生物可降解液体地膜充分溶解后，用喷雾器将混合液均匀喷施沟表面，喷施量为90 kg/hm2(混合液施量为1 440 kg/hm2)。生物可降解液体地膜使用寿命为2～3月，在玉米和高粱生育期，生物可降解液体地膜喷施2次，喷施时间分别为4月22日和6月28日。

1.3 种植管理

试验地前茬作物为马铃薯，2013年玉米和高粱播种前7 d (4月13日)进行整地、起垄和覆膜。起垄前施420 kg/hm2过磷酸钙和220 kg/hm2尿素作为基肥，施肥深度20～30 cm。4月20日穴播播种玉米和高粱，各试验小区分别有3条沟和4条垄，每条沟面积为10 m× 0.6 m，每个试验小区的播种面积18 m2。玉米播种密度5.25×104株/hm2，深度3～5 cm，行距50 cm，株距32 cm，每条沟种植2行玉米。高粱播种密度1.05×105株/hm2，深度3～5 cm，行距50 cm，株距15 cm，每条沟种植2行高粱。玉米和高粱整个生育期无灌溉，人工除莠。玉米和高粱收获后，将秸秆、生物可降解地膜和生物可降解液体地膜残留翻耕埋入土壤，埋入深度为20～30 cm。

图1 沟覆盖垄沟集雨种植示意图Fig.1 Schematic diagram of furrow-mulching materials in ridge-furrow rainwater harvesting system

1.4 样品采集和测定

玉米和高粱均于乳熟期至蜡熟期收获并进行青贮的制作[26]。玉米于9月5日收获，高粱于8月30日收获，收获时每沟随机选取6株玉米和高粱(每1小区选取18株)测定鲜草产量，以备青贮。

青贮完成后，取适量的青贮样品烘干后用0.5 mm孔筛粉碎机粉碎烘干并过40目筛，用于测定粗蛋白 (CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量。CP采用全自动凯氏定氮仪测定，NDF和ADF采用范氏洗涤法测定。计算出可消化干物质 (DDM)、干物质采食量(DMI)和相对饲用价值(RFV)：

DDM (%)=88.9-0.779 ADF

(1)

DMI (%)=120/NDF

(2)

RFV (%)=(DDM×DMI)/1.29

(3)

1.5 数据统计与分析

数据采用SPSS 17.0与Excel 2010软件进行方差分析和显著性检验；方差分析多重比较采用Duncan法(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 沟覆盖材料对饲草作物粗蛋白的影响

在玉米种植中，秸秆CP显著高于生物可降解液体地膜、生物可降解地膜和无覆盖，无覆盖与生物可降解液体地膜和生物可降解地膜之间相差不显著；与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的粗蛋白含量分别提高1.1%，12.8%和-5.7%。沟覆盖材料对高粱CP含量影响的显著性规律和玉米类似；在高粱种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体

地膜、秸秆和生物可降解地膜的粗蛋白含量分别提高0.8%，16.3%和-1.6%。玉米和高粱CP含量的排列次序为：秸秆>生物可降解液体地膜>无覆盖>生物可降解地膜(表1)。

2.2 沟覆盖材料对饲草作物中性洗涤纤维的影响

在玉米种植中，秸秆的NDF含量显著高于生物可降解液体地膜和生物可降解地膜，无覆盖与秸秆之间、无覆盖与生物可降解液体地膜和生物可降解地膜之间、生物可降解液体地膜与生物可降解地膜之间相差不显著；与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的NDF分别提高-4.0%、1.8%和-6.0%，玉米中性洗涤纤维含量排列次序为秸秆>无覆盖>生物可降解地膜>生物可降解液体地膜。在高粱种植中，无覆盖显著高于生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜，生物可降解液体地膜与秸秆和生物可降解地膜之间相差不显著；与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的中性洗涤纤维分别降低6.9%，4.6%和7.9%；中性洗涤纤维含量排列次序为无覆盖>秸秆>生物可降解液体地膜>生物可降解地膜(表1)。

表1 沟覆盖材料处理下青贮饲草作物的营养成分Table 1 Effects of furrow mulching materials on nutritional quality of crops

注：同列数字后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

2.3 沟覆盖材料对饲草作物酸性洗涤纤维的影响

在玉米种植中，秸秆的ADF显著高于生物可降解液体地膜和生物可降解地膜，无覆盖与秸秆之间、无覆盖与生物可降解液体地膜和生物可降解地膜之间、生物可降解液体地膜与生物可降解地膜相差不显著；与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的CP含量分别提高-11.8%，11.0%和-8.8%；玉米ADF含量排列次序为秸秆>无覆盖>生物可降解液体地膜>生物可降解地膜。在高粱种植中，无覆盖酸性洗涤纤维显著高于生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜，生物可降解液体地膜与秸秆和生物可降解地膜之间相差不显著；与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的ADF分别降低19.2%,3.7%和1%；酸性洗涤纤维含量排列次序为无覆盖>秸秆>生物可降解液体地膜>生物可降解地膜(表1)。

2.4 沟覆盖材料对饲草作物相对饲用价值的影响

在玉米种植中，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的相对饲用价值显著高于秸秆，无覆盖与生物可降解液体地膜和生物可降解地膜之间相差不显著。在高粱种植中，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的相对饲用价值显著高于无覆盖，秸秆与生物可降解液体地膜和生物可降解地膜之间相差不显著。生物可降解液体地膜和生物可降解地膜ADF和NDF含量较低(表1)。

2.5 沟覆盖材料对饲草作物青贮产量的影响

在玉米种植中，生物可降解地膜青贮产量显著高于生物可降解液体地膜、无覆盖和秸秆。生物可降解液体地膜与无覆盖相差不显著；与无覆盖相比，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的玉米青贮产量分别增加0.4%和10.4%，秸秆降低2.9%。在高粱种植中，生物可降解地膜青贮产量显著高于生物可降解液体地膜、秸秆和无覆盖，无覆盖与生物可降解液体地膜和秸秆之间相差不显著；与无覆盖相比，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的高粱青贮产量分别增加0.2%和10.9%，秸秆降低0.7%(图2)。生物可降解地膜覆盖提高土壤含水量和土壤温度，促进饲草作物生育期，有利于饲草作物早期发育及产量的形成，从而提高玉米和高粱的青贮产量。虽然秸秆覆盖具有较高土壤含水量，但降低表层土壤温度，较低表层土壤温度不利于作物种子发芽和苗期生长，推迟作物发育期，导致作物青贮产量降低。生物可降解液体地膜保水和保温性低于生物可降解地膜，降解速度快于生物可降解地膜，其增产效果不明显。

图2 沟覆盖材料处理下饲草作物的青贮产量Fig.2 Effects of furrow mulching materials on silage yield of crops

3 讨论

垄沟集雨种植技术结合保护性耕作和覆盖技术，可改善土壤水温状况，进而影响作物营养品质[24]。牧草品质影响家畜对牧草消化吸收，进而影响家畜生长发育。CP、NDF、ADF、可消化干物质和RFV是衡量牧草品质的重要指标。随着我国农业向“三元”产业结构调整以及退耕还林、还草等政策实施，我国畜牧业发展迅速，玉米和高粱作为重要粮食作物和优良饲草对农业和畜牧业发展具有十分重要的作用[25]。牧草品质不仅由其本身遗传性状决定，也受环境和栽培条件的影响，其中光、肥、水、气、温等均是影响其品质的重要因素。在沟覆盖材料中，生物可降解地膜透光性好，透气性差，增温和保水效果较好，促进玉米和高粱生育期进程；生物可降解液体地膜兑水喷洒土壤表面，在土壤表面形成多分子的网状膜，其易降解和易被外力损坏，增温效果较差；秸秆具有较低透光性和较高光反射率，具有降低表层土壤温度作用[3]。研究发现地膜能显著改善土壤水温状况，加快作物生育期进程，但不利于粗蛋白的积累，秸秆具有延缓作物生育期进程作用，但其有利于粗蛋白的积累[26]。结果表明，在玉米种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆的粗蛋白增加1.1%和12.8%，生物可降解地膜降低5.7%；在高粱种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆的粗蛋白增加0.8%和16.3%，生物可降解地膜降低1.6%。

营养价值的高低是评价饲草是否优良的重要指标，主要取决于所含营养成分的种类和数量[27]，从其营养价值来看，CP 是动物蛋白质需求的主要来源。NDF 主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其含量的高低直接影响家畜采食率和适口性。多数研究表明，纤维含量随土壤含水量的增加而减少。研究结果表明，在玉米种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的中性洗涤纤维分别降低4.0%和6.0%，ADF分别降低11.8%和8.8%，秸秆的NDF和ADF分别增加1.8%和11.0%。在高粱种植中，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的NDF分别降低6.9%,4.6%和7.9%；ADF分别降低19.2%,3.7%和1%。

随我国农牧业发展和人们对奶肉产品等需求增加,青贮玉米和高粱日益受到人们的重视。青贮玉米和高粱的最佳收获期为乳熟后期—蜡熟前期，把新鲜粮饲兼用玉米和高粱填入密闭的青贮窖或青贮塔内经过微生物发酵作用，达到长期保存青绿多汁营养饲料的贮存技术。青贮发酵作用可以把适口性差、质地粗硬、木质素含量高的饲草变成柔软多汁、气味酸甜芳香、适口性好的粗饲料[28]。垄沟集雨种植覆盖减少土壤水分蒸发，增加作物蒸腾，促进干物质积累，将土壤水分无效消耗转化为生理消耗(有效消耗)，从而提高作物青贮产量。秸秆覆盖降低表层土壤温度，使饲草作物生育期延迟和灌浆期缩短，最终造成作物青贮产量降低[29-30]。研究结果表明，在玉米种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的青贮产量分别增加0.4%和10.4%，秸秆的青贮产量降低2.9%。在高粱种植中，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的青贮产量分别增加0.2%和、10.9%；秸秆的青贮产量降低0.7%。

4 结论

在玉米种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆的CP增加1.1%和12.8%，生物可降解地膜降低5.7%；在高粱种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆的CP增加0.8%和16.3%，生物可降解地膜降低1.6%。

在玉米种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的NDF分别降低4.0%和6.0%，ADF分别降低-11.8%和8.8%，秸秆的NDF和ADF分别增加1.8%和11.0%。在高粱种植中，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的NDF分别降低6.9%，4.6%和7.9%；酸性洗涤纤维分别降低19.2%，3.7%和1%。

在玉米种植中，与无覆盖相比，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的青贮产量分别增加0.4%和10.4%，秸秆的青贮产量降低2.9%。在高粱种植中，生物可降解液体地膜和生物可降解地膜的青贮产量分别增加0.2%、10.9%；秸秆的青贮产量降低0.7%。

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Effects of furrow-mulching materials on nutritional quality and yield of silage crop

HU Guang-rong1,WANG Qi1,SONG Xing-yang1,LI Fu-chun1,ZHANG Deng-kui1,ZHANG En-he2,LIU Qing-lin2,WANG He-ling3

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China； 2.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070,China； 3.KeyLaboratoryofAridClimaticChangeandDisasterReductioninGansuProvince/InstituteofAridMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,Lanzhou730020，China)

In order to find out the environment-friendly protection mulching materials and improve nutritional quality and yields of silage crop in semiarid region,a field experiment with randomized complete design was conducted to determine the effects of different furrow mulching materials (no-mulching,liquid film mulching,straw mulching and biodegradable film mulching) on crop (maize and sorghum) nutritional quality and yields.The results showed that the CP of corn and sorghum with straw mulching were significantly higher than others.The NDF of corn with straw mulching was higher than others,and significantly higher than liquid film mulching and biodegradable film mulching.The NDF of sorghum with no-mulching significantly was higher than others.The ADF of sorghum with straw mulching was significantly higher than others.The ADF of maize with no-mulching was highest,and significantly higher than liquid film mulching and biodegradable film mulching treatments.The RFV of maize and sorghum with liquid film mulching and biodegradable film mulching was higher than others,and significantly higher than straw mulching and no-mulching respectively.The silage yield of maize and sorghum with biodegradable film mulching was significantly higher than others.It could be concluded that the biodegradable film was a suitable furrow mulching material in ridge-furrow rainwater harvesting systems in the semiarid areas on Loess Plateau.

ridge-furrow rainwater harvesting;furrow mulch material;nutritional quality;silage yield

2016-03-14；

2016-04-13

国家自然基金项目(41461062，41161090)资助

胡广荣(1987-)，男，甘肃天水人，在读硕士。 E-mail：hugr2020@163.com

S 359

A

1009-5500(2017)02-0075-07

王琦为通讯作者。